(57)【要約】【課題】  シェルの腐食を防止すると共に、犠牲陽極材の効果を長期間に亘って維持することができるメカニカルシール用クーラーを得る。【解決手段】  本発明は、冷却水の流入口１１と流出口１２とを有するシェル２と、このシェル２の内部に設けられかつ高温流体を流動させる冷却チューブ３と、シェル２及び冷却チューブ３の電食を防止する犠牲陽極棒５と、この犠牲陽極棒５をシェル２の内部に配置するための芯材６とを備えたメカニカルシール用クーラーである。このうち冷却チューブ３をシェル２よりも貴な電位の金属で構成し、シェル２の内部に当該シェル２と同じ電位の金属からなる芯材６を取り付け、この芯材６に犠牲陽極棒５を密着して嵌合し、これらの境界部１６における接触抵抗の上昇を抑えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の流入口と流出口とを有する密封筒体と、この密封筒体の内部に設けられかつ高温流体を流動させる冷却チューブと、前記密封筒体及び前記冷却チューブの電食を防止する犠牲陽極材と、この犠牲陽極材を前記密封筒体の内部に配置するための芯材とを備え、
前記冷却チューブが、前記密封筒体に対して貴な電位を有する金属からなり、前記芯材が、前記密封筒体に対して同じ若しくは卑であり、かつ前記犠牲陽極材に対して貴である電位を有する金属からなり、
前記犠牲陽極材が、前記冷却水が浸入しない程度に前記芯材に密着して固定されていることを特徴とするメカニカルシール用クーラー。
【請求項２】
前記犠牲陽極材が、柱形状を呈すると共に前記密封筒体の長手方向に沿って配置されている請求項１に記載のメカニカルシール用クーラー。
【請求項３】
前記犠牲陽極材の長さ寸法が、前記密封筒体の長さ寸法の１／４以上である請求項２に記載のメカニカルシール用クーラー。
【請求項４】
前記犠牲陽極材が、前記芯材に一体成形されている請求項１〜３のいずれかに記載のメカニカルシール用クーラー。
【請求項５】
前記密封筒体に当該密封筒体の外部に貫通しない取付部が設けられ、前記芯材が当該取付部を介して前記密封筒体に取り付けられている請求項１〜４のいずれかに記載のメカニカルシール用クーラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工業用機械やポンプ、その他の各種機械の回転軸部に設けられたメカニカルシール用のクーラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学工業用機械等の回転軸部に設けられたメカニカルシールに使用するフラッシング流体の液温が高い場合、クーラーを用いてこのフラッシング流体を冷却している。ここで用いられるクーラーは、密封されたシェル（密封筒体）の内部に冷却用チューブを設け、この冷却用チューブに高温のフラッシング流体を流すと共に、冷却チューブの外側にシェルの内部に導入された冷却水を満たすことにより、上記冷却チューブを介して高温のフラッシング流体と冷却水との間で熱交換を行い、フラッシング流体の液温を下げてメカニカルシールの冷却を行うものである。
【０００３】
ところが、現在、石油化学や精製工場をはじめ各工場で使用している冷却水は、クーリングタワーで工場内に配水される循環水を使用しているため、防錆剤やＳｉ，Ｃａ等の硬質物を含んでいる場合が多く、またクーラーの冷却チューブの入口と出口では温度差が大きいため、冷却チューブの外周面に多量の上記硬質物が付着し、堆積する。その結果、クーラーの熱効率が低下し、高温のフラッシング流体を十分に冷却させることができず、メカニカルシールのトラブルにつながる。そこで、図４に示すように冷却チューブ３０の外周面やシェル３１内面等に所定厚さのフッ素樹脂３２をコーティングすることで、冷却水に含まれる硬質物が冷却チューブ３０やシェル３１に付着するのを防止したクーラー３３が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、地理的要因で工業用水の確保が難しい状況下においては、海水が冷却水として用いられており、この場合ステンレス等からなる冷却チューブが応力腐食割れを起こすことがある。これを防止するために、冷却チューブの構成材としてチタンが用いられている。しかし、海水中で自然電位の低い卑な金属（アノード）からなるシェル等に対して、自然電位の高い貴な金属（カソード）からなる上記チタンを使用すると、チタン製の冷却チューブとシェル、その他の配管部材との間で発生する電位差によりシェル等に異種金属接触腐食（電食）が生じる。このような腐食を防止するため、図５（ａ）に示すように、シェル５０の長手方向に延びる円筒形状の犠牲陽極棒５１を配置し、この犠牲陽極棒５１を長い取付ボルト５２によってシェル５０に固定することが考えられる。
【特許文献１】特開平８−１３５８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図４に示す上記クーラー３３では、コーティングされていない各部材の隙間や、メンテナンス時の当てキズによるフッ素樹脂３２の損傷部分へ海水が浸入することで、シェル３１の腐食が進行していくという問題がある。
また、犠牲陽極棒を使用している図５（ａ）の上記クーラーでは、図５（ｂ）に示すように犠牲陽極棒５１が痩せてきた場合、この犠牲陽極棒５１と取付ボルト５２との間に隙間Ｓができ、海水中の不純物等がこの隙間に介在することで、接触抵抗が増大し犠牲陽極棒５１としての効果が十分発揮できなくなり、結果としてシェル５０の腐食が発生する。
そこで、本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み、シェル（密封筒体）の腐食を防止すると共に、犠牲陽極材の効果を長期間に亘って維持することができるメカニカルシール用クーラーを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、冷却水の流入口と流出口とを有する密封筒体と、この密封筒体の内部に設けられかつ高温流体を流動させる冷却チューブと、前記密封筒体及び前記冷却チューブの電食を防止する犠牲陽極材と、この犠牲陽極材を前記密封筒体の内部に配置するための芯材とを備え、前記冷却チューブが、前記密封筒体に対して貴な電位を有する金属からなり、前記芯材が、前記密封筒体に対して同じ若しくは卑であり、かつ前記犠牲陽極材に対して貴である電位を有する金属からなり、前記犠牲陽極材が、前記冷却水が浸入しない程度に前記芯材に密着して固定されていることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明のメカニカルシール用クーラーによれば、密封筒体が冷却チューブに対して卑な電位を有し、芯材が当該密封筒体に対して同じ若しくは卑であり、かつ犠牲陽極材に対して貴な電位を有しているので、冷却チューブ、密封筒体及び芯材の異種金属接触腐食（電食）が犠牲陽極材によって防止される。また、犠牲陽極材が、芯材との間に冷却水が浸入しない程度に当該芯材に密着して嵌合されているので、犠牲陽極材と芯材との間（境界部）に冷却水が入り込めず当該境界部における異種金属接触腐食は起こらない。したがって、異種金属接触腐食は、犠牲陽極材の上記境界部以外のみから発生する。このことから、犠牲陽極材と芯材との間の隙間形成による接触抵抗の上昇を招くことがなく、犠牲陽極材の効果を長期間（犠牲陽極材の寿命期間）に亘って維持することができる。これにより、シェルや冷却チューブの腐食を長期間に亘って防止することができ、さらに、芯材が腐食しないので、犠牲陽極材の脱落等も防止することができる。
【０００８】
また、上記本発明において、前記犠牲陽極材は、柱形状を呈すると共に密封筒体の長手方向に沿って配置されていることが好ましい。このように、犠牲陽極材が密封筒体の長手方向に沿って配置されることで、密封筒体に対する犠牲陽極材の効果が高まり、密封筒体の異種金属接触腐食を効果的に防止することができる。
【０００９】
上記のように密封筒体の長手方向に沿って配置した犠牲陽極材の長さ寸法が、密封筒体の長さ寸法の１／４以上であることが好ましい。例えば、密封筒体を構成する両端のプレート材のうち、冷却チューブが溶接される一方側のプレート材を冷却チューブと同じ金属で構成し、他方側のプレート材に犠牲陽極材を取り付けた場合、犠牲陽極材の先端から一方側のプレートまでの距離が遠いと当該プレートの異種金属接触腐食が起こるおそれがある。そのため、犠牲陽極材の長さ寸法を密封筒体の長さ寸法の１／４以上とし、犠牲陽極材の先端から上記プレートまでの距離を近くすることで、当該プレートの異種金属接触腐食を確実に防止することができる。
【００１０】
また、犠牲陽極材と芯材とを密着させるために、犠牲陽極材を芯材に一体成形することが好ましい。例えば射出成形等により一体成形すれば、犠牲陽極材と芯材とを簡易かつ確実に密着させることができるからである。
【００１１】
上記本発明において、密封筒体に当該密封筒体の外部に貫通しない取付部が設けられ、芯材が当該取付部を介して密封筒体に取り付けられていることが好ましい。この場合、芯材が、密封筒体の外部に貫通していない取付部を介して取り付けられているので、冷却水が取付部から漏れるのを防ぐことができる。
【００１２】
上記の通り、本発明によれば、犠牲陽極材と芯材との間の接触抵抗の上昇を抑えたので、シェルの腐食が防止され、かつ犠牲陽極材の効果を長期間に亘って維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るメカニカルシール用クーラー１を示している。このメカニカルシール用クーラー（以下、クーラーという）は、化学工業用機械等の回転軸部に設けられたメカニカルシールのフラッシング流体の液温を冷却するために用いられているもので、冷却水の流入口１１と流出口１２とを有する密封筒体（シェル）２と、高温の流体を流動させる冷却チューブ３と、シェル２の内部に設けられた陽極部材４とによって主構成されている。また、当該陽極部材４は、犠牲陽極棒５（犠牲陽極材）と芯材６とからなっている。
【００１４】
上記シェルの一端部（図１右側）が、ボルト及びナット７によって固定された円形側板８によって封じられており、他端部（図１左側）が、ボルト及びナット９によって固定されたフランジ１０によって封じられている。上記円形側板８の中央部には流入口１１が設けられており、この流入口１１からシェルの中へ冷却水（海水）が流入する。また、シェルの外周の他端部近傍には流出口１２が設けられており、上記流入口１１から入った冷却水がシェル２の内部を循環してこの流出口１２から出るようになっている。
【００１５】
また、高温の流体を流動させる上記冷却チューブ３は、シェル２の内周径よりも若干小さい径で、かつシェル２の長手方向を軸方向として周回するように設けられている。この冷却チューブ３の両端部は、フランジ１０に設けられた流体入口部１３と流体出口部１４とにそれぞれ溶接して連結されている。断面Ｌ字形状の２つセットプレート１５が、シェルの下部に所要間隔をあけて取り付けられており、このセットプレート１５でクーラー１が所定場所に設置される。
【００１６】
陽極部材４は、他部材（シェル等）の異種金属接触腐食（電食）を防止する犠牲陽極棒５と、この犠牲陽極棒５をシェル２の内部に配置する芯材６とから構成されている。このうち、犠牲陽極棒５は、芯材６に密着して嵌合（固定）されており、当該芯材６が、フランジ１０側に向かって犠牲陽極棒５を串刺す状態で円形側板８に立設されている。すなわち、犠牲陽極棒５及び芯材６は、シェル２の長手方向に沿うようにして配置されており、このことからシェル２に対する犠牲陽極棒５の効果が高まり、シェル２の異種金属接触腐食を効果的に防止することができる。
【００１７】
犠牲陽極棒５は、内周部に芯材６が貫通した所要径の円筒形状を呈し、かつ、シェル２の長手方向寸法Ｌの約半分の長さで形成されている。なお、犠牲陽極棒５は、その長さ寸法Ｓがシェルの長さ寸法Ｌの１／４以上であるように構成することが好ましく、このようにすることで、フランジ１０の異種金属接触腐食を確実に防止することができる。その理由は、犠牲陽極棒５の先端部５ａからフランジ１０までの距離ｆ１を短くすることで、当該犠牲陽極棒５が、シェル２に腐食防止効果を及ぼしている状態下においても、フランジ１０に対する電食防止効果を低下させないようにするためである。仮に、犠牲陽極棒５の先端部５ａからフランジ１０までの距離ｆ１が長ければ、シェル２の異種金属接触腐食が防止される反面、フランジ１０の異種金属接触腐食が発生するおそれがある。
【００１８】
芯材６は、犠牲陽極棒５の内周径と同じ径を有する円柱形状を呈しており、犠牲陽極棒５の内周部に嵌合しかつ先端部６ａを少し突出させる状態で配置されている。また、この芯材６は、その外周部で冷却水が浸入しない程度に犠牲陽極棒５と隙間無く密着している（図２（ａ）参照）。したがって、シェル２の内部に満たされた冷却水が、犠牲陽極棒５と芯材６との境界部１６に介在することがないことから、当該境界部１６における犠牲陽極棒５の溶解が起こらないようになっている。なお、犠牲陽極棒５と芯材６とを隙間の無いように互いに密着させるためには、例えば芯材６の周りに犠牲陽極材を射出成形によって一体成形すればよい。射出成形により一体化すれば、犠牲陽極棒５と芯材６とを簡易かつ確実に密着させることができるからである。また、犠牲陽極棒５の内周部と芯材６の外周部との間に締めしろを設けて、これらを締まりばめによって密着させてもよい。締りばめとするには、犠牲陽極棒５に芯材６をプレス等により圧入するか、焼きばめ等とすればよい。
【００１９】
また、芯材６の基端部６ｂにはネジ部１７が形成されており、このネジ部１７と円形測板８の内面に形成されたネジ穴１８（取付部）とが互いに螺合することにより、芯材６が円形側板８に取り付けられている。上記ネジ穴１８は、円形側板８の径方向中心部から径外側へ少しずれたところに設けられており、陽極部材４が、シェル２の軸心からずれるように配置されている。これにより、犠牲陽極棒５が、冷却チューブ３に近くなり当該冷却チューブ３の電食防止効果を高めることができる。また、このネジ穴１８は、円形側板８の外面には貫通していない。したがって、シェル２の内部の流体が螺合部分１９に侵入しても、シェル２の外部へ漏れ出すことがなく、ネジ穴１８（取付部）における流体の漏れを確実に防止することができる。さらに、図１の拡大図に示すように、芯材６のネジ部１７に緩み止め用のナット２０が螺合しており、このナット２０が円形側板８側に締め付けられる力によって、芯材６が緩むのが防止されている。これにより、芯材６をシェル２に簡単に取り付けることができ、かつ、シェル２に対する芯材６の緩みが防止され、クーラー１の長期間の使用における信頼性を確保することができる。
【００２０】
上記各部材の構成材に関して、上記フランジ１０及び冷却チューブ３は、シェル２に対して貴な電位（自然電位）を有する金属材料（カソード）であるチタンからなり、上記シェル２及び円形側板８は、いずれも冷却チューブ３に対して卑な電位を有する金属（アノード）であるステンレスからなっている。また、陽極部材４のうち芯材６は、シェル２と同じステンレスを用いており、犠牲陽極棒５にはこれよりも卑な電位を有するアルミニウムを採用している。なお、芯材６は、シェル２に対して同じ若しくは卑であり、かつ犠牲陽極棒５に対して貴である金属であればよい。冷却チューブ３にチタンを採用した理由は、ステンレス等を用いた場合に発生する応力腐食割れを、より電位の高いチタンを使用することで防止するためである。また、フランジ１０にチタンを用いた理由は、当該フランジ１０と冷却チューブ３とを溶接によって確実に連結するためである。シェル２、円形側板８にステンレスを用いたのはコスト面からであり、陽極部材４のうち芯材６にステンレスを用いたのは、シェル２と同様に腐食を避けて、犠牲陽極棒５をシェル２に対して長期にわたって支持するためである。なお、上記各部材の構成材は、本実施形態のものに限定するものではない。
【００２１】
上記本実施形態のクーラー１は、各種機械の回転軸部に設けられたメカニカルシールのフラッシング流体の温度が高くなる場合に、フラッシングラインに設置されるものである。冷却水（例えば、海水）は円形側板８の流入口１１からシェル２の内部へ流入し、流出口１２から流出する一方、高温のフラッシング流体は、フランジ１０の流体入口部１３から冷却チューブ３に流入し、シェル２の内部を周回しながら上記冷却水と間で熱交換を行う。この熱交換によってフラッシング流体は冷却され、流体出口部１４から排出され、メカニカルシール（図示省略）側へ送られる。
【００２２】
上記本実施形態のクーラー１によれば、シェル２（密封筒体）が、冷却チューブ３に対して卑な電位を有する金属からなり、芯材６がシェル２に対して同じ電位をもっているので、犠牲陽極棒５によって冷却チューブ３、シェル２及び芯材６の異種金属接触腐食を防止することができる。また、犠牲陽極棒５が芯材６に密着して嵌合されているので、犠牲陽極棒５と芯材６との境界部１６（接合部）に流体が入り込めず、当該境界部１６における異種金属接触腐食は起こらない。したがって、異種金属接触腐食は、前記接合部１６以外のみ、すなわち図２（ｂ）の矢印で示すように犠牲陽極棒５の外周面５ｂや端面５ｃのみから発生する。このことから、境界部１６において犠牲陽極棒５の溶解による隙間ができることがなく、例えば海水中の不純物が介在することもない。不純物が介在することがないので、犠牲陽極棒５と芯材６と間の接触抵抗の上昇を招くことがなく、犠牲陽極棒５の効果が低下せず、当該効果を長期間（犠牲陽極棒５の寿命期間）に亘って維持することができる。これにより、芯材６の腐食が防止され、クーラー１の長期使用による犠牲陽極棒５の脱落等を防止することができ、シェル２や冷却チューブ３の腐食を長期間に亘って防止することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態は例示であり、限定的なものではない。例えば、図３に示すように犠牲陽極棒５の数を変更するため、犠牲陽極棒５及び芯材６からなる陽極部材４を、円形側板８の径方向中央部を中心として周方向で等間隔に３カ所設けるようにしてもよい。また、犠牲陽極棒５の形状を変えてその表面積を増やし、電食防止効果を高めてもよい。さらに、上記実施形態では犠牲陽極材を円筒形状としたが、例えば断面方形状や、その他各種の形状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るメカニカルシール用クーラーの断面図である。
【図２】（ａ）は、陽極部材の径方向断面図であり、（ｂ）は、同陽極部材の長手方向の一部決裁断面図である。
【図３】第２実施形態に係る陽極部材の配置説明図である。
【図４】従来技術におけるクーラーの断面図である。
【図５】（ａ）は、他の従来技術におけるクーラーの断面図であり、（ｂ）は同クーラーの犠牲陽極材が溶解した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      メカニカルシール用クーラー
２      シェル（密封筒体）
３      冷却チューブ
４      陽極部材
５      犠牲陽極棒
６      芯材
１６    境界部
１８    ネジ穴
２０    ナット（緩み止め用）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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